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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA TESIS REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÈCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO “ELÈCTRICO ELECTRÒNICO” PRESENTA: EDUARDO TORRES ROJAS JUAN DANIEL VÀZQUEZ CARRERA ING. JAVIER BROSA CURCO CIUDAD UNIVERSITARIA 21 /06/ 2013. UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Índice AGRADECIMIENTOS i 1 INTRODUCCIÓN 1.1 Utilización de la energía en residencias 1 1.2 Elementos principales que constituyen una instalación eléctrica 3 1.3 La planeación en un proyecto de instalación eléctrica 6 2. PRINCIPIOS GENERALES DE ELECTRICIDAD 2.1. Electricidad 21 2.2. Fundamentos de Corriente Contínua y Corriente Alterna 23 2.3. Circuito en Serie 26 2.4. Circuito en Paralelo 28 2.5. Relaciones entre Corriente, Tensión, Resistencia y Potencia en el Circuito 29 3. RIESGOS E IMPLICACIONES DE LA ELECTRICIDAD 3.1. Niveles de resistencia del cuerpo humano 32 3.2. Consecuencias de la corriente en el cuerpo humano 33 3.3. Tensión y corriente de contacto 36 4. REQUERIMIENTOS DEL PROYECTO ELECTRICO 4.1. Memoria de cálculo 40 4.2. Cuadro de cargas 45 4.3. Diagrama unifilar 47 5. NORMATIVIDAD 5.1. Fundamento y sustento de la NOM-001-SEDE-2005 48 5.2. Objetivo de la NOM-001.SEDE-2005 51 5.3. Campo de aplicación de la NOM-001-SEDE-2005 51 5.4. Principios fundamentales de la NOM-001-SEDE-2005 52 5.5. Requerimientos y consideraciones normativas en una instalación eléctrica De tipo residencial. 58 5.6. Normas y reglamentos aplicables 68 6. DETERMINACION DE LA CARGA Y CÁLCULO DE LA INSTALACIÓN ELÉCTRICA 6.1. Determinación de la carga 69 6.2. Circuitos derivados de alumbrado 69 6.2.1. Cálculo y selección de conductores 71 Por capacidad de conducción 71 Por caída de tensión 75 6.2.2. Cálculo y selección del dispositivo de protección contra sobrecorriente 77 6.2.3. Selección del conductor de puesta a tierra 80 6.2.4. Selección de la canalización 81 6.2.5. Dimensionamiento y selección de cajas y registros canalización 89 6.3. Circuitos derivados de receptáculo 93 6.3.1. Cálculo y selección de conductores 95 Por capacidad de conducción 95 Por caída de tensión. 96 6.3.2. Cálculo y selección del dispositivo de protección contra sobrecorriente 97 6.3.3. Capacidad nominal del receptáculos y capacidad del circuito derivado 97 6.3.4. Selección del conductor de puesta a tierra 99 6.3.5. Selección de la canalización 100 6.3.6. Dimensionamiento y selección de cajas y registros 104 6.4. Áreas comunes (elevador, bombeo, pasillos, estacionamiento, etc). 105 6.5. Circuitos alimentadores 115 6.6. Selección de la planta de emergencia y Transformador 123 6.7. Estudio de corto circuito trifásico en bus infinito transformador 127 6.8. Sistema de tierra 128 CONCLUSIONES 139 BIBLIOGRAFÍA ii TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Agradecimientos i AGRADECIMIENTOS Daniel- Esto es en memoriam de mi padre el Sr. Juan Vázquez Nieto, agradezco todo el apoyo a mi mamá la Sra. Carmen Carrera Valencia que dio a mi carrera sin ella, esto no pudo haberse logrado porque fue la guía de un buen camino en la vida, a mis hermanos Eduardo Abraham y Javier. Agradezco a nuestro asesor de tesis el Ing. Javier Brosa Curcó por su paciencia, a la Facultad de Ingeniería UNAM y a los ingenieros docentes por sus enseñanzas, por la formación que me dieron, ya que son los cimientos para poder desarrollarme profesionalmente como ingeniero y una parte académica muy importante en mi vida. Y sobre todo a Dios. Eduardo- Infinitas gracias mis padres, el Sr. Noel Torres Lora y la Sra. Teresa Rojas Laguna, por su incondicional apoyo durante todos estos años, por sus valiosas enseñanzas y ejemplos, que han sido el complemento de mi educación. A Corina López Martínez, por motivarme a cerrar este ciclo. A mis hermanos Beatriz y Noé. A la Universidad Nacional Autónoma de México, a la Facultad de Ingeniería y a todos los profesores que han contribuido a mi formación profesional, en particular al Lic. René Gómez y a la Ing. Carolina Garrido por el apoyo recibido. Agradecimientos especiales Ing. Javier Brosa Curcó por su apoyo para realización de esta tesis. Y a Dios, por haber puesto y dispuesto a las personas e instituciones mencionadas en mi camino. TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 1 CAPITULO I INTRODUCCIÓN 1.1 FORMAS DE UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA EN RESIDENCIAS. n las actividades cotidianas la energía eléctrica proporciona una serie de beneficios, facilita procesos, realiza junto con otros sistemas trabajo que nos ahorran tiempo y esfuerzo, es casi imposible citar alguna actividad humana en la que no este involucrada la electricidad, hoy en día resulta un suministro indispensable para las sociedades. En los distintos sectores productivos que componen a la sociedad, la energía eléctrica es uno de los principales energéticos que mueven e impulsan el desarrollo. Son cinco grandes sectores que componen el conjunto de usuarios finales de energía eléctrica, industria, de servicios, agrícola, doméstico y comercial, cada uno con sus diferentes patrones de comportamiento. Reportes de la Comisión Federal de Electricidad (CFE), muestran que el sector doméstico representa el 87.99% de la clientela, la misma que le significa un 26.21% de las ventas directas al público. Por lo que este sector consume más de una cuarta parte de la energía eléctrica producida en el país. La figura 1.1 muestra la clientela de la C.F.E. por sector. CLIENTES POR SECTOR INDUSTRIAL 0,78% COMERCIAL 10,17% DOMÉSTICO 87,99% AGRÍCOLA 0,44% SERVICIOS 0,62% Figura 1.1 Fuente C.F.E. En la figura 1.2 se observa el consumo de energía eléctrica por sector, según lo reportado por la C.F.E. CONSUMO POR SECTOR DOMÉSTICO 26,21% COMERCIAL 6,34% INDUSTRIAL 59,08% SERVICIOS 3,22% AGRÍCOLA 5,15% Figura 1.2 Fuente C.F.E. E TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 2 En México la energía eléctrica se encuentra entre los primeros tres energéticos más empleados dentro del sector vivienda, teniendo como principal función, la utilización de aparatos electrodomésticos y de entretenimiento (televisor, radio, videojuegos, etc.) sistemas de iluminación, así como equipos de aire acondicionado y algunos equipos de calefacción. Datos del INEGI arrojan que de los aparatos usados con mayor frecuencia en la vivienda, el televisor,es el más utilizado, seguido de la radio, la licuadora y el refrigerador, la lavadora, el teléfono y hoy en la actualidad la computadora o equipos de computo. En el caso del aire acondicionado y calefacción, la frecuencia de utilización puede incluso rebasar a los demás en las regiones del norte del país. Dada la diversidad climática y geográfica en nuestro país, origina diferentes hábitos y costumbres de utilización de la electricidad, pero una media representativa del consumo de energía eléctrica en el hogar se muestra en la siguiente grafica (Fig. 1.3). CONSUMO PROMEDIO EN EL HOGAR OTROS ELECTRODOMÉSTICOS 7% ENTRETENIMIENTO 13% PLANCHA 6% LAVADORA 5% REFRIGERACIÓN 29%ILUMINACIÓN 40% Figura 1.3 La gráfica describe el porcentaje de consumo promedio, exclusivamente, de electricidad en un hogar, y nos muestra que el 40% corresponde a iluminación, el 29% al refrigerador, el 13% a entretenimiento, el 7% a otros electrodomésticos, el 6% a la plancha y el 5% a la lavadora de ropa. Cabe señalar que en el caso de unidades de vivienda los servicios comunes como alumbrado, bombeo, elevador contribuyen aunque sin modificar sustancialmente el comportamiento de consumo de tipo residencial. En usos normales, la energía que consumen los aparatos varía en función de los watts de potencia de cada uno y del tiempo de operación. La siguiente tabla muestra el consumo algunos de los aparatos que suelen ser utilizados en las viviendas. TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 3 APARATO CONSUMO [Watts] Aspiradora 1200 Calefactor 1300 Horno de microondas 1200 Plancha 1200 Cafetera 700 Lavadora 375 Refrigerador 575 Secadora de pelo 825 Licuadora 350 Computadora 150 TV 150 Lámpara incandescente (más común) 100 DVD 25 Parrilla eléctrica 850 Máquina de coser 125 Modular 75 Lámpara Ahorradora (fluorescente compacta) 13,16, etc. Ventilador 100 Radio 15 Bomba para agua 400 Aire acondicionado 2950 Fig. 1.4 Fuente L.yF.C. Los patrones de consumo son tan importantes como las formas y medios de utilización, es decir la disposición y el arreglo para que la energía sea distribuida de forma correcta dentro de los hogares, es responsabilidad de desarrolladores de inmuebles y en cierta medida también de los usuarios. 1.2 ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA na instalación eléctrica para una vivienda es el caso más sencillo de suministro, pues ésta es alimentada desde el transformador más cercano perteneciente a la suministradora, ya sea en una, dos o tres fases, según sea el tipo de servicio contratado por el usuario. Pero en otra situación se encuentran las unidades de vivienda o conjuntos habitacionales en donde en ocasiones, es necesaria la instalación de equipos como transformadores y subestaciones para la distribución de la electricidad. Estos sistemas eléctricos están compuestos bloques interconectados con funciones y características definidas, en el caso de las instalaciones eléctricas prevalece este tipo de filosofía, los elementos que las constituyen realizan una labor específica dentro del sistema como: conducción, desconexión, protección, recepción, transformación, etc. Para el caso de una instalación eléctrica sencilla los elementos que la componen se muestran y se describe a continuación: U TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 4 ACOMETIDA EQUIPO DE MEDICION MEDIO DE DESCONEXION PRINCIPAL INTERRUPTOR GENERAL TABLERO GENERAL CONDUCTORES Y CANALIZACIONES SISTEMAS DE TIERRA SALIDAS DE ALUMBRADO Y CONTACTOS DIAGRAMA UNIFILAR GENERAL Acometida. Es el punto donde se conecta la red eléctrica, propiedad de la compañía suministradora del servicio, y el alambrado que abastece al usuario. Cabe señalar que la acometida puede ser aérea o subterránea dependiendo de las líneas de la compañía suministradora (CFE ). En una acometida aérea los conductores de entrada van desde el último poste u otro soporte aéreo hasta un conector, incluyendo los empalmes, si existen, a los a los conductores de entrada de acometida en un edificio u otra estructura. Mientras que los de acometida subterránea, los conductores son enterrados en ductos o trincheras, en ocasiones es necesario un poste de transición aereo-subterraneo hasta el transformador, o el equipo de medición, dependiendo del tipo de suministro. Equipo de medición. Es el instrumento usado para medir el consumo de energía eléctrica por un usuario, es conocido como Kilowatt-horímetro (para el uso residencial) es colocado a la entrada de la acometida y considerado como propiedad de la compañía suministradora. Medio de desconexión principal. Llamado también equipo de acometida, es un dispositivo comúnmente compuesto por un interruptor automático o un desconectador (cuchillas) con fusibles, se instala entre el equipo de medición y el resto de la instalación, su función principal es protección y desconexión del sistema. Sistemas de tierra. Compuesto por uno o más electrodos de puesta a tierra y un conductor del electrodo forman una red de conductores eléctricos unidos a una o más tomas de tierra y provisto de una o varias terminales a las que puede conectarse puntos de la instalación. TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 5 Tablero general. De alumbrado y/o de control es un panel sencillo o grupo de paneles unitarios diseñados para ensamblarse en forma de un solo panel, accesible únicamente desde el frente, que incluye barras conductoras de conexión común y dispositivos automáticos de protección contra sobrecorriente (interruptores termomagnéticos), directorios de circuitos. Su función principal es concentrar y distribuir la energía en circuitos derivados de alumbrado, receptáculos y fuerza. Salidas de receptáculos, alumbrado y fuerza. En este punto de la instalación son conectados los equipos del usuario mediante dispositivos y accesorios especiales, como cajas de salida en el caso de alumbrado, receptáculos sencillos o dobles que permiten la unión por medio de clavijas o desconectadores de cuchillas (interruptores de seguridad) para equipos de fuerza, motores, aire acondicionado, etc. Conductores y canalizaciones. Estos elementos permiten la interconexión con los demás módulos o bloques del sistema, mientras los conductores ya sea de cobre o de aluminio, desnudos o forrados se encargan de transportar la electricidad, las canalizaciones metálicas o plásticas como: tubos, charolas o ductos, soportan y protegen a los conductores. Las instalaciones eléctricas de vivienda como son los conjuntos habitacionales, se componen de elementos más complejos, debido a que hay que alimentar a mayor número de usuarios desde una misma acometida, aunque no varían mucho en sus esquemas en relación a los de las instalaciones eléctricas de residencias sencillas. A continuación se presenta un esquema que muestra los elementos que conforman una instalación eléctrica para un conjunto habitacional. M ACOMETIDA EQUIPO DE MEDICION DESCONECTADOR GENERAL SIN CARGA(CUCHILLAS) EN MEDIA TENSION INTERRUPTOR GENERAL CON CARGA TRANSFORMADOR ALIMENTADOR PRINCIPAL TABLERO GENERAL INTERRUPTOR DE TRANSFERENCIA ALIMENTADOR EDIFICIO EDIFICIO TABLERO SUB-GENERAL TABLERO DE DISTRIBUCION CIRCUITO DERIVADO CARGA PLANTA DE EMERGENCIA ALIMENTADOR B C C A B A DISPOSITIVOS DE RECEPCION DE ENERGIA B DISPOSITIVOS PRINCIPALES DE DESCONEXION C DISPOSITIVOS PRINCIPALES DE PROTECCION INTERRUPTOR PRINCIPAL CON CARGA SUBESTACION RECEPTORA PUESTA A TIERRA TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADOEN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 6 Subestación. Una subestación es un conjunto de elementos, instrumentos y circuitos, que tienen la función de modificar los parámetros de la potencia eléctrica, permitiendo el control del flujo de energía, brindando seguridad para el sistema eléctrico, para los mismos equipos y para el personal de operación y mantenimiento. De manear general una subestación se compone de un medio de desconexión sin carga, barras de conducción, apartarrayos, dispositivo contra sobrecorriente, medios de desconexión con carga, aisladores y transformador. Interruptor principal en media tensión. Conjunto formado por un soporte para fusible con portafusible o una cuchilla de desconexión. El portafusible puede incluir un elemento conductor (elemento fusible) o puede actuar como cuchilla de desconexión mediante la inclusión de un elemento no fusible Transformador. En algunas instalaciones dadas su magnitud puede requerirse varios niveles de tensión para lo cual se utiliza este equipo. Por otra parte pueden existir instalaciones cuyo voltaje sea el mismo que tiene la acometida y por lo tanto no requieran de transformador Tablero general. El tablero general es aquel que se coloca inmediatamente después del transformador y que contiene un interruptor general. El transformador se conecta a la entrada del interruptor y a la salida de este se conectan barras que distribuyen la energía eléctrica a diferentes circuitos a través de interruptores derivados. Alimentador. Todos los conductores de un circuito entre el equipo de acometida o la fuente de un sistema derivado separadamente u otra fuente de alimentación y el dispositivo final de protección contra sobrecorriente del circuito derivado. Circuito derivado. Conductor o conductores de un circuito desde el dispositivo final de sobrecorriente que protege a ese circuito hasta la o las salidas finales de utilización. El circuito derivado alimenta a diversas salidas para alumbrado y electrodomésticos. Se puede dar el caso de que un circuito derivado alimente a un solo equipo de utilización. Carga. Es la potencia instalada o demandada en un circuito eléctrico. 1.3 LA PLANEACIÓN EN UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA a planeación es uno de los principios fundamentales que involucra un proyecto de ingeniería, consiste en exponer como será la delimitación del problema, justificando el planteamiento de los objetivos desarrollados inicialmente. En esta etapa se definen los niveles o etapas del desarrollo del proyecto, además de las técnicas y el control que se llevará a cabo. En un proyecto de tipo eléctrico el planteamiento de los principios y procedimientos abarca el estudio estimativo preliminar de carga, la disponibilidad y características de energía, el dimensionamiento y localización de equipos, los requerimientos básicos del proyecto, la preferencia de equipos y materiales y el alcance del proyecto Tratándose de instalaciones eléctricas la Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE- 2005, en el capítulo 3 “Principios Fundamentales”, contempla la planeación de las instalaciones eléctricas y obliga a tomar en cuenta factores que proporcionen protección L TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 7 para personas, animales y bienes, así como el funcionamiento correcto y satisfactorio de la instalación de acuerdo a la utilización prevista. Las instalaciones eléctricas en sus distintas aplicaciones sociales han tenido evoluciones a lo largo de los años, cuyo origen está en la modernización de los equipos y materiales como procedimiento de construcción y metodologías de diseño. La evolución de las instalaciones eléctricas está condicionada por la normatividad; es decir, es un proceso dinámico que requiere actualización permanente en lo concerniente con los conocimientos básicos de diseño. La información necesaria para la planeación de la instalación eléctrica considera las características de la alimentación o alimentaciones disponibles, es decir, prever la utilización de tres tipos de conductores en la instalación, el vivo(os) o de fase(es), el neutro (puesto a tierra) y el de conductor puesta a tierra. Los valores nominales y tolerancias para la tensión, frecuencia, corriente máxima admisible y corriente probable de corto circuito. El conductor de puesta a tierra (tierra física) como medida de protección inherente, conocer o proyectar la capacidad instalada, la demanda, el factor de demanda y la tensión de alimentación. También se debe considerar la naturaleza de la demanda, es decir, el número y tipo de circuitos alimentadores y derivados para iluminación, fuerza, calefacción, etc., definidos por el consumo de la demanda, la carga en diferentes circuitos, condiciones especiales y variaciones en la demanda. Prever si lo requiere el proyecto de alimentación de emergencia Para que la instalación opere de manera satisfactoria las recomendaciones y aspectos a considerar son en primer lugar el área de la sección transversal de los conductores, la cual se determina en función de su temperatura máxima admisible, la caída de tensión admisible, esfuerzos mecánicos y electromecánicos y valores de impedancia. El tipo de alambrado y métodos de instalación deberán ser ejecutados tomando en cuenta criterios de accesibilidad para las personas, la naturaleza del lugar, así como la de las paredes u otras partes de los edificios que soportan el alambrado, también contemplar los esfuerzos electromecánicos que ocurren durante un corto circuito y otros esfuerzos a los cuales puedan exponerse los alambrados durante la realización de las instalaciones eléctricas o en servicio. El resguardo de la instalación se logra mediante la aplicación y coordinación de dispositivos de protección, sus características se determinan en base su función de protección y pueden ser de sobrecorriente, falla a tierra, sobretensiones, baja tensión. Si es necesario, en caso de peligro, la interrupción inmediata de la tensión de alimentación de las fuentes de energía, debe instalarse un dispositivo de interrupción de manera tal que sea fácilmente reconocible y rápidamente operable. Deben proveerse dispositivos de desconexión para permitir desconectar de la instalación eléctrica, los circuitos o los aparatos individuales con el fin de permitir el mantenimiento, la comprobación, localización de fallas y reparaciones. La instalación eléctrica debe estar dispuesta de tal forma que no haya influencia mutua perjudicial entre la instalación eléctrica y las instalaciones no eléctricas del edificio. Los TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 8 equipos eléctricos deben estar dispuestos para permitir tanto como sea necesario, espacio suficiente para realizar la instalación inicial y el posterior reemplazo del equipo eléctrico y accesibilidad para la operación, pruebas, inspección, mantenimiento y reparación. Materiales para instalaciones eléctricas. En una instalación correctamente diseñada se deben emplear materiales aprobados y certificados por las normas nacionales e internacionales en algunos casos. Estos materiales pueden ser para canalizaciones de la instalación eléctrica como son: tubo conduit, coples, niples, buses ducto, conductores, cajas de conexión, dispositivos de protección, etc. Tipos de Canalizaciones. Una canalización es un conducto cerrado diseñado para contener cables pueden ser metálicos y no metálicos. Tubos conduit metálicos. Existen tubos conduit metálicos que se utilizan en lugares cerrados o abiertos, dependiendo de la utilización de acuerdo a la norma es el uso que se les da. Es el sistema de canalización más comúnmente utilizado. Aunque también existen tuberías para lugares donde hay riesgoa corrosión, como lo pueden ser plantas desalinizadoras, plantas químicas y otras. Los tipos más comúnmente usados son: De pared gruesa De pared delgada Metálico flexible Tubería conduit metálico pared gruesa. Este tipo de tubería se suministra en tramos de 3.05 m de longitud en acero o aluminio y se encuentra disponible de 16 mm diámetro (1/2” diámetro) hasta 155mm diámetro (6” diámetro), de acuerdo al cumplimiento de la NOM-001-SEDE-2005, son en estos diámetros, cada extremos del tubo se encuentra roscado y cada tubo tiene un cople incluido, el tubo metálico normalmente es galvanizado y tiene un recubrimiento especial cuando se usa en áreas corrosivas. El tubo conduit puede ir embebido en las construcciones de concreto (muros o losas), o bien puede ir montado de manera superficial, en camas de tuberías con soportes especiales, esto se muestra en las imágenes a) y b). TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 9 a) Tubería conduit pared gruesa galvanizada b) Tubería conduit pared gruesa con recubrimiento especial anticorrosivo. Tubería conduit metálico pared delgada. Este tipo de tubería se suministra en tramos de 3.05 m de longitud en acero o aluminio y se encuentra disponible en estos diámetros de 16 mm diámetro (1/2” diámetro) hasta 103mm diámetro (4” diámetro), de acuerdo al cumplimiento de la NOM-001-SEDE- 2005, estos tubos son más delgados por lo que tienen mayor espacio disponible en su interior, pero tienden a deformarse por lo mismo que son más delgados, aunque es más fácil poder hacer curvas para derivaciones o desviaciones. Se pueden instalar en lugares secos o interiores de manera aparente, pero que no estén expuestos a corrosión, como edificios residenciales, de gobierno etc. TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 10 Estos tubos tienen también otra diferencia que no son roscados en sus extremos, por lo que requieren coples para su instalación. Tubo conduit metálico flexible. Este es un tubo de cinta metálica engargolada (en forma helicoidal), puede tener o no recubrimiento dependiendo de la aplicación ya sea interior o exterior. La tubería conduit metálica flexible es utilizada en áreas donde se dificultan los dobleces, o bien en lugares donde existen vibraciones mecánicas (como pueden ser juntas en edificios) que pueden afectar las uniones rígidas de las instalaciones. Se encuentra disponible en estos diámetros de 16 mm diám (1/2” diám) hasta 103mm diám (4” diám) de acuerdo al cumplimiento de la NOM-001-SEDE-2005, para su cumplimiento dependiendo de la aplicación. Tubería conduit flexible tipo zappa Tubería conduit flexible tipo liquid tight. Tubo conduit no metálico. En la actualidad hay muchos tubos conduit no metálicos para diferentes aplicaciones y están construidos de diferentes materiales tales como el cloruro de polivinilo (PVC), la fibra de vidrio, el polietileno y otros. El tubo más usado en las instalaciones residenciales es el PVC, que es un material autoextinguible, resistente al colapso, a la humedad y a los agentes químicos específicos. Se puede usar en instalaciones ocultas, embebidas en concreto, aparentes en áreas donde no sufran daños mecánicos, y algunas veces en lugares expuestos a agentes químicos. Este tipo de tubería se suministra en tramos de 3.05 m de longitud y se encuentra disponible para tipo ligero de 16 mm diámetro (1/2” diámetro) hasta 53mm diámetro (2” diámetro), para tipo pesado de 16 mm diámetro (1/2” diámetro) hasta 155mm diámetro (6” diámetro) de acuerdo al cumplimiento de la NOM-001-SEDE-2005, existen tipo pesado y tipo ligero, y una variedad de conectores y cajas también en PVC, de fácil acoplamiento ya que requieren pegamento para unir tubería entre sí, a conexiones o cajas. TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 11 Tubería conduit no metálica Tubería conduit de polietileno Los tubos (conduit) de polietileno pueden ser de dos tipos: una canalización semirrígida, lisa o una canalización corrugada y flexible, ambos con sección transversal circular, y sus correspondientes accesorios aprobados para la instalación de conductores eléctricos. Están compuestos de material que es resistente a la humedad y a atmósferas químicas. Estos tubos (conduit) tienen la desventaja que no son resistentes a la flama. Existe una gran variedad de tuberías de polietileno de acuerdo al uso ya sean comunicaciones, eléctricas o de agua. Son utilizados normalmente los tubos eléctricos para acometidas de media tensión. Tubo de polietileno corrugado. Cajas y accesorios para canalización de tubos. Las cajas eléctricas son el punto que permite acomodar las llegadas de distintos tipos de tubo conduit, cables armados, o tubos no metálicos, con el propósito de proporcionar salidas de receptáculos, apagadores, salidas para luminarias en general. Están diseñadas de diferentes tipos y tamaños para tener un accesorio versátil para su montaje en instalaciones eléctricas. Estas cajas se fabrican galvanizadas y no metálicas, pueden ser rectangulares, cuadradas y octagonales. La diferencia entre las cajas metálicas y las no metálicas es que todas las cajas metálicas en una instalación eléctrica deben estar puestas a tierra de acuerdo al artículo 370-4. TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 12 A continuación se muestra una tabla de acuerdo al número máximo de conductores permitidos en una caja de acuerdo a la NOM-001-SEDE-2005. TABLA 310-16.- Capacidad de conducción de corriente (A) permisible de conductores aislados para 0 a 2 000 V nominales y 60 °C a 90 °C. No más de tres conductores portadores de corriente en una canalización o directamente enterrados, para una temperatura ambiente de 30 °C Tamaño o Designación Temperatura nominal del conductor (véase Tabla 310-13) mm2 AWG o kcmil 60 °C 75 °C 90 °C 60 °C 75 °C 90 °C TIPOS TW* CCE TWD-UV TIPOS RHW*, THHW*, THW*, THW-LS, THWN*, XHHW*, TT, USE TIPOS MI, RHH*, RHW-2, THHN*, THHW*, THHW- LS, THW-2*, XHHW*, XHHW-2, USE-2 FEP*, FEPB* TIPOS UF* TIPOS RHW*, XHHW* TIPOS RHW-2, XHHW*, XHHW-2, DRS Cobre Aluminio 0,824 1,31 2,08 3,31 5,26 8,37 18 16 14 12 10 8 --- --- 20* 25* 30 40 --- --- 20* 25* 35* 50 14 18 25* 30* 40* 55 --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- 13,3 21,2 26,7 33,6 42,4 6 4 3 2 1 55 70 85 95 110 65 85 100 115 130 75 95 110 130 150 40 55 65 75 85 50 65 75 90 100 60 75 85 100 115 53,5 67,4 85,0 107 1/0 2/0 3/0 4/0 125 145 165 195 150 175 200 230 170 195 225 260 100 115 130 150 120 135 155 180 135 150 175 205 127 152 177 203 253 250 300 350 400 500 215 240 260 280 320 255 285 310 335 380 290 320 350 380 430 170 190 210 225 260 205 230 250 270 310 230 255 280 305 350 304 355 380 405 458 600 700 750 800 900 355 385 400 410 435 420 460 475 490 520 475 520 535 555 585 285 310 320 330 355 340 375 385 395 425 385 420 435 450 480 507 1 000 455 545 615 375 445 500 TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 13 633 760 887 1010 1250 1500 1750 2000 495 520 545 560 590 625 650 665 665 705 735 750 405 435 455 470485 520 545 560 545 585 615 630 FACTORES DE CORRECCION Temperatura ambiente en °C Para temperaturas ambientes distintas de 30 °C, multiplicar la anterior capacidad de conducción de corriente por el correspondiente factor de los siguientes 21-25 26-30 31-35 36-40 41-45 46-50 51-55 56-60 61-70 71-80 1,08 1,00 0,91 0,82 0,71 0,58 0,41 ,,,, ,,,, ,,,, 1,05 1,00 0,94 0,88 0,82 0,75 0,67 0,58 0,33 ,,,, 1,04 1,00 0,96 0,91 0,87 0,82 0,76 0,71 0,58 0,41 1,08 1,00 0,91 0,82 0,71 0,58 0,41 ,,,, ,,,, ,,,, 1,05 1,00 0,94 0,88 0,82 0,75 0,67 0,58 0,33 ,,,, 1,04 1,00 0,96 0,91 0,87 0,82 0,76 0,71 0,58 0,41 *A menos que se permita otra cosa específicamente en otro lugar de esta norma, la protección contra sobrecorriente de los conductores marcados con un asterisco (*), no debe superar 15 A para 2,08 mm2 (14 AWG); 20 A para 3,31 mm2 (12 AWG) y 30 A para 5,26 mm2 (10 AWG), todos de cobre. Ductos metálicos. Este tipo de ductos pueden tener la tapa embisagrada o de tipo desmontable, sirve para contener y a la vez proteger a los conductores, que se colocan o alojan en el ducto cuando este ha sido ya totalmente instalado. Se usa en canalizaciones visibles y lugares secos, para los fines de espacio de ventilación, todos los conductores alojados en un ducto, lleven o no corriente, no deben ocupar más del 40 % de la sección transversal del ducto y no deben alojar más de 30 conductores que lleven corriente. A continuación se muestra un ducto y sus accesorios. TAPAS CON BISAGRA TAPA CERRADA CODO DE 90° TUBO CONDUIT SECCION RECTA DEL DUCTO UNION "T" CONDUCTORES ELEMENTOS DE DUCTOS METALICOS CON BISAGRA Charolas para cables. Las charolas son fabricadas en secciones rectas con herrajes que se pueden unir para formar sistemas de canalizaciones. Se tienen tres tipos de charolas para cable: Charolas de paso. Que tienen un fondo continuo ya sea ventilado o no ventilado, y con ancho estándar de 15 cm, 22 cm, 30 cm y 60 cm, se usa cuando los conductores son pequeños y requieren de un soporte completo. A continuación se muestra TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 14 RIEL LATERAL CONDUCTORES PERFORACIONES EN EL FONDO PARA VENTILACION LOS RIELES SE CONSTRUYEN DE ACERO O ALUMINIO CHAROLA DE PASO TIPO VENTILACION Charola tipo escalera. Estos son de construcción muy sencilla, consisten en dos rieles laterales unidos o conectados por “barrotes” individuales. Por lo general se usan como soporte de cables de potencia. Se fabrican en anchos estándar de 15 cm, 22 cm, 30 cm, 45 cm, 60 cm y 75 cm. Se fabrican en acero y aluminio. UNION RIELES LATERALES CABLES DE POTENCIA MULTICONDUCTORES CHAROLA TIPO ESCALERA Charola tipo canal. Están constituidas de una sección de canal ventilada. Se usan para soportar cables de potencia sencillos o múltiples, se fabrican de 7.5 cm y 10 cm. Conductores Eléctricos En general la palabra conductor se usa con un sentido distinto al de alambre, ya que por lo general un alambre es de sección circular, mientras que un conductor puede tener otras formas (barras rectangulares o circulares) sin embargo, es común se les que a los alambres se les designe como conductores. La mayor parte de los conductores usados en las instalaciones eléctricas son de cobre Cu o aluminio Al, debido a su buena conductividad y a su fácil comercialización. TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 15 Comparativamente el conductor de aluminio es 16% aproximadamente menos conductor que el cobre, últimamente es de los más utilizados debido al costo, pero sobre todo para evitar robos de alimentadores en vía pública. Material aislante, es toda sustancia de tan baja conductividad que el paso de la corriente eléctrica a través de ella es prácticamente despreciable. Se tiene en cada aislamiento eléctrico una cierta cantidad de características o parámetros que permiten estudiar, evaluar y comparar estos materiales. Por ejemplo los valores mecánicos importantes son: la resistencia a la tensión y la elongación de un material antes y después de someterlo a una prueba de envejecimiento acelerado, así como también su dureza y flexibilidad. Entre las cualidades eléctricas están: la rigidez dieléctrica del material, su resistividad, su factor de potencia y su constante dieléctrica. Otros aspectos importantes serán su resistencia al calor, ozono, a la humedad, a la intemperie, a la luz solar, a los aceites y productos químicos. Para instalaciones eléctricas los conductores de manera general se fabrican en sección circular de material sólido dependiendo de la cantidad de corriente por conducir, aunque en algunos casos se fabrican de manera rectangular o tubular debido a la alta conducción de corriente. Desde el punto el punto de vista de la norma, los conductores se han identificado por un número que corresponde a lo que comúnmente se conoce como calibre del conductor, y que se sigue el sistema americano de designación AWG (American Wire Gage) siendo el más grueso el número 4/0 siguiendo en orden descendente hasta llegar al calibre 14 como mínimo para instalaciones eléctricas. Para conductores con un área mayor a 4/0 AWG, se hace una designación que está en función de su área en pulgadas, para lo que se emplea una unidad denominada el circular mil, siendo así por ejemplo que un conductor 250 corresponderá a cuya sección sea 250,000 CM, y así sucesivamente. Se denomina circular mil a la sección de un círculo que tiene un diámetro de un milésimo de pulgada (0.001 plg). La relación entre un circular mil y el área en mm2 para un conductor se obtiene como sigue: 1 PLG=25.4 mm 1/1000 PLG=0.0254 mm Siendo el circular mil un área: 1 cm=D2/4=3.1415 x (0.0254)2/4 =5.064506 x 10-4 mm2 De donde: 1mm2= 104/5.064506 =1974 cm De forma aproximada se tiene: 1 mm2 ≈200 mm TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 16 Galga de espesores para conductores. Aislamiento de los conductores. Los siguientes son los posibles aislantes: hule natural, hule SBR o GRS, hule Butilo, neopreno que químicamente es un polímero de cloropreno, el polietileno clorosulfonado (hypalon), policloruro de vinilo PVC, polietileno (PE), polietileno de cadena cruzada (XLP), etileno propileno (EP o EPR). Hule natural. Este material tuvo una época en la que no tenía competencia para la fabricación de aislamientos y cubiertas de cables eléctricos; sin embargo, actualmente se emplea en cantidad muy pequeña para este propósito. Necesita formularse especialmente para lograr compuestos resistentes a la humedad, al calor, a los aceites y de resistencia mecánica alta. Actualmente no puede competir con los hules sintéticos que se han desarrollado. Hule SBR o GRS. Fue el primer material que remplazo al hule natural, se conoce como hule estireno-butadieno, hule BUNA-S, hule SBR o GRS. Aunque su resistencia mecánica es inferior al hule natural, puede formularse para lograr un compuesto de buenas cualidades eléctricas para cables de baja tensión, es más resistente al calor y la humedad que el hule natural. Aun se emplea como aislamiento para tensiones hasta de 2,000 (V). Su uso se limita a aplicaciones de baja tensión porque hay otros aislamientos plásticos y elastoméricos que le llevan toda la ventaja para tensiones altas. Se emplea para temperaturas de servicio hasta de 90ºC. Hule Butilo. Este material es un polímero del isobutileno-isopreno. Aunque este fue desarrollado en 1940, tomo algunos años vencer algunos problemas técnicos de proceso para poder emplearlo como aislamiento de conductores eléctricos.Sin embargo, en 1947 se empezó a lograr una enorme producción de cables con aislamiento para tensiones de hasta 35,000 (V). Una vez que las dificultades de formulación y preparación de compuesto de hule butilo fueron vencidas, se logro tener un excelente aislamiento para alta tensión. Este aislamiento puede trabajar a temperaturas de operación continua hasta 90ºC. es inherentemente resistente al ozono y TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 17 la humedad. Muy resistente al calor, de buena resistividad y rigidez dieléctrica, de buenas propiedades mecánicas y excelente resistencia a la deformación térmica. Este es un buen aislamiento para cables que ha venido siendo desplazado últimamente por materiales nuevos y mejores. Neopreno. El neopreno químicamente es un polímero del cloropreno, no tiene gran aplicación como aislante eléctrico porque su contenido de cloro hace que sus cualidades aislantes no sean muy elevadas. Su principal o mayor uso es, en la fabricación de cubiertas exteriores de cables aislados. Pueden prepararse compuestos de él con muy buena resistencia mecánica a la tensión y el rasgado. Por su estructura química es resistente al aceite, a los materiales químicos, al calor, la humedad y flama. Es altamente resistente al ozono y al ataque de la intemperie. En relación a la resistencia a la flama, como en su constitución contiene cloro, el material es no propagador de flama. El neopreno es capaz de operar en un rango de muy amplio de temperaturas; empleado como cubierta externa puede trabajar tan bajas como -65ºC y especialmente formulado puede usarse en cables con temperatura nominal de 90ºC. Polietileno Clorosulfonado (Hypalon). Ha sido aprobado por la norma Underwriters para las clases de aislamiento RHH y RHW. Puede emplearse como un compuesto aislamiento-cubierta integral para muchos cables, especialmente del tipo automotriz. Posee buenas cualidades eléctricas para usarse como un aislamiento eléctrico de baja tensión. Posee una gran resistencia al calor y a la humedad, puede prepararse formulaciones especiales para muy bajas temperaturas. Su constante dieléctrica, su factor de potencia y otras características eléctricas no permiten aplicarlo con un aislamiento para altas tensiones. Resistente al calor, la intemperie, al oxigeno y a los aceites. Policloruro de Vinilo (PVC). Los compuestos aislantes de este material tienen como base el polímero del cloruro de vinilo. Las primeras formulaciones de policloruro de vinilo para la fabricación de compuestos termoplásticos aislantes, se empezaron a desarrollar a partir de 1930 y aunque en un principio esos compuestos solo se mejoraron y actualmente tenemos compuestos como pueden emplearse en cables cuyas temperaturas de servicio fueron de 60ºC, posteriormente se mejoraron y actualmente tenemos compuestos que pueden emplearse para cables con temperaturas en el conductor de 75, 90 y 105 ºC para tensiones de 600 volts. Los compuestos de PVC tienen muy buenas propiedades mecánicas, pero sus cualidades eléctricas no son sobresalientes, su alta constante eléctrica y su factor de potencia hacen de el un aislamiento de altas perdidas dieléctricas que no limitan para emplearlo en cables de alta tensión, por esta causa su aplicación se limita en nuestro medio para emplearlo para tensiones no mayores de 1,000 [V]. El PVC se emplea en la fabricación de alambres y cables de los tipos T, TW, THW, THHN, THWN. Polietileno (PE). Es un material termoplástico constituido por cadenas lineales o ramificadas de manómetros de etileno. Fue originalmente desarrollado en 1937 y abundantemente fabricado en los Estados Unidos a partir de 1940. Eléctricamente el polietileno posee el mejor conjunto de cualidades que se pueden esperar en un aislamiento solido: alta rigidez dieléctrica, bajo factor de potencia, baja constante dieléctrica. Sus propiedades mecánicas son buenas, sin embargo sus limitaciones principales son su pobre resistencia a la flama. El polietileno convencional se encuentra normalizado como aislamiento para calves cuya temperatura de servicio no sea mayor TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 18 de 75ºC y para tensiones de hasta 69,000 volts. El polietileno natural de baja densidad está formado por la polimerización de moléculas de etileno en forma lineal simple, pero si el proceso de polimerización se conduce a baja presión se obtienen cadenas con ramificaciones resultando un compuesto más duro y rígido y especialmente resistente a la abrasión, que si se pigmenta con negro de humo especial proporciona un material excelente para cables tipo intemperie o para distribución aérea de baja tensión. Por sus buenas propiedades mecánicas y su alta resistencia alta resistencia a la humedad se emplea también como cubierta externa de algunos cables de energía y de comunicación. Es el material por excelencia para fabricar los aislamientos de cables telefónicos. Polietileno de Cadena Cruzada (XLP). El polietileno de cadena cruzada, polietileno de reticulado o simplemente XLP o XLPE se produce por la combinación de un polietileno termoplástico y un peróxido orgánico adecuado, pajo ciertas condiciones de presión y temperatura. El aislamiento resultante es de color natural o café claro dependiendo del tipo de antioxidante que se emplee para la preparación. La resina de polietileno reticulada se puede emplear pura o mezclada con negro de humo o cargas minerales que le mejoran sus propiedades físicas, pero disminuyen sus cualidades eléctricas, por lo que esta combinación se emplea pocas veces y para cables de tensiones bajas. Después de la extrusión, el cable forrado con polietileno vulcanizable pasa a través de una línea de vulcanización con gas o vapor a alta presión y temperatura con la que el material se convierte de termoplástico a termofijo, es decir el aislamiento ya no se funde o escurre a altas temperaturas. Los aislamientos de polietileno reticulado para altas tensiones tienen buenas cualidades mecánicas, poseen buena resistencia a la compresión y deformación térmica y tienen una excelente resistencia al envejecimiento por altas y bajas temperaturas. Sus cualidades como rigidez dieléctrica, factor de potencia, constantes dieléctricas y de aislamiento, así como su estabilidad eléctrica en agua son sobresalientes. Es altamente resistente al ozono, a la humedad y productos químicos. El polietileno vulcanizado es un aislamiento para temperaturas de 90ºC en operación normal, 130ºC en condiciones de emergencia y 250ºC en condiciones de corto circuito t se ha llegado a emplear en cables para tensiones hasta de 69, 115, 230 y 500 kV. Etileno propileno (EP o EPR). El aislamiento de etileno propileno comúnmente conocido como hule EPR, es un material elastomerico obtenido a partir del etileno y el propileno. Un aislamiento típico de EPR para alta tensión es un compuesto que se prepara mezclando la resina de etileno-propileno con varios integrantes más, como cargas minerales, antioxidantes, plastificantes, agentes de vulcanización, etc. Y al igual que en el cable XLP el cable aislado con el compuesto de EPR, se someten a un proceso de vulcanización obteniéndose un material termofijo. Los aislamientos de EPR debidamente procesados y formulados poseen muy buenas condiciones eléctricas y físicas; sobresaliente resistencia térmica y al ozono, así como una excelente estabilidad al agua. Los cables aislados con etileno-propileno poseen una muy buena flexibilidad que permite un adecuado manejo durante la instalación. Los rangos térmicos de trabajo son los mismos que se mencionaron para el XLP. TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005Capítulo 1 Introducción 19 Existe una amplia variedad de aislamientos para conductores y satisfacer los requerimientos de las distintas aplicaciones. Estos tipos de aislamientos están diseñados por tamaño ya sea expresado en AWG o kCMIL, su voltaje y su tipo de aislamiento. El aislamiento de los cables se asigna como: A= aislamiento asbesto MI= aislamiento mineral R= aislamiento de hule SA= aislamiento de silicio-asbesto T=aislamiento termoplástico V=aislamiento de cambray barnizado X= aislamiento de polímero sintético barnizado Los cables se designan por medio de su operación como: H= resistencia al calor hasta 75°C HH= resistencia al calor hasta 90°C Si no hay designación significa 60°C W=resistencia a la humedad UF=para uso subterráneo Muchos cables están diseñados y certificados para ser usados en varias condiciones ambientales, tales como cables multiuso y están marcados. Por ejemplo, un cable marcado TW indica 60°C, con aislamiento termoplástico capaz de ser usado en ambientes húmedos. El tipo THW indica 75°C, con aislamiento termoplástico capaz de ser usado en ambientes de resistencia a la humedad y al calor. El tipo THHW representa un cable con aislamiento sintético de polímero trenzado para operar hasta 90°C resistente a la humedad y al calor. Resistente a la propagación de incendios. Planeación y seguridad Una instalación eléctrica tiene por objetivo distribuir la energía eléctrica a los equipos conectados de una manera segura y eficiente, un buen diseño y una buena construcción evitan y disminuyen el riesgo de incendio y electrocución. La protección es otro principio fundamental que garantiza la seguridad de los usuarios de una instalación eléctrica. Las corrientes de choque y las temperaturas excesivas, son los dos riesgos mayores que se encuentran en una instalación eléctrica, primeras causantes de electrocuciones y las segundas capaces de provocar incendios, quemaduras entre otros efectos peligrosos, todo lo anterior con consecuencias graves. Los siguientes tipos de protección y la correcta aplicación de sus métodos, garantizan el uso de la energía eléctrica de forma segura. TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 1 Introducción 20 Protección contra choques eléctricos. Primordialmente a personas pero también a los animales, la instalación debe garantizar que éstos no entren en contacto con las partes vivas que conforman a la instalación. Esta condición de seguridad se logra previniendo que una corriente pueda pasar a través del cuerpo de una persona o de un animal, o limitando la corriente que pueda pasar a través del cuerpo a un valor inferior al de la corriente de choque. Protección contra contactos indirectos. En caso de falla, la instalación debe proveer la protección necesaria para evitar que las personas y animales resulten lesionados por el contacto indirecto con partes conductoras expuestas. Lo cual se consigue previniendo que una corriente de falla pase a través del cuerpo de una persona o de un animal, o limitando la corriente de falla que pueda pasar a través del cuerpo a un valor inferior al de la corriente de choque. Un tercer método aplicable que constituye el principio fundamental de seguridad es efectuar la desconexión automática de la alimentación en determinado tiempo, evitando que después de que ocurra una falla que pueda causar que una corriente, fluya a través de un cuerpo en contacto con partes conductoras expuestas, cuando el valor de dicha corriente es igual o mayor que la corriente de choque. Protección contra los efectos térmicos. La instalación eléctrica debe realizarse de tal forma que no exista ningún riesgo de ignición de materiales inflamables debido a las altas temperaturas o a los arcos eléctricos. Además, durante la operación normal del equipo eléctrico, no debe haber riesgo de que las personas o animales sufran quemaduras. Protección contra sobrecorrientes. Se debe proteger contra lesiones provocadas por altas temperaturas y esfuerzos electromecánicos originados por cualquier sobrecorriente en conductores vivos, a los usuarios de la instalación, así como daños a los bienes de éstos. Los métodos para evitar los peligros que significan una sobre corrientes son: la desconexión automática antes de que la sobrecorriente alcance un valor peligroso considerando su duración o limitando la máxima sobrecorriente a un valor seguro considerando su duración. Protección contra las corrientes de falla. Los conductores que no sean los conductores vivos, y las otras partes diseñadas para conducir una corriente de falla, deben poder conducir estas corrientes sin alcanzar una temperatura superior a la máxima permisible para los conductores. Protección contra sobretensiones. Las personas y los animales deben protegerse contra lesiones y los bienes contra daños que sean consecuencia de una tensión excesiva motivada por fenómenos atmosféricos, electricidad estática, fallas en la operación de los equipos de interrupción o bien por fallas entre partes vivas de circuitos alimentados a tensiones diferentes. TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 2 Principios Generales de Electricidad Página 21 CAPITULO 2 PRINCIPIOS GENERALES DE ELECTRICIDAD 2.1. ELECTRICIDAD a electricidad debe su nombre la palabra griega “elektrón” que significa ámbar (una resina fósil), los griegos observaron que ésta al ser frotada con lana, adquiría la propiedad de atraer cuerpos muy ligeros, la reproducción y estudio de estos fenómenos causaban inquietud en la época (600 A.C.), lo que para nuestros días, al observar o presenciar un fenómeno similar nos referimos a él como, que posee carga eléctrica o que esta cargado eléctricamente. Las indiscutibles fuerzas de atracción y de repulsión entre los elementos llevaron a definir la existencia de cargas negativas, cargas positivas y cargas neutras, y toda una serie de teorías que explicaban la constitución de la materia y la estructura atómica. Así bien hoy sabemos que un átomo esta compuesto por tres subparticulas, el electrón cargado negativamente; el protón cargado positivamente y el neutrón de carga neutra. La carga negativa del electrón es de igual magnitud que la carga positiva del protón. La carga de un protón o de un electrón es la unidad fundamental y natural de carga. Las cargas eléctricas no son engendradas ni creadas en los cuerpos, son adquiridas o transmitidas, cuando se pierden electrones se adquiere carga positiva, y cuando se ganan electrones se tiene carga negativa. La corriente eléctrica se define como el paso de cargas eléctricas entre dos puntos, entre los que se mantiene una diferencia de potencial permanente. Por convenio se estableció que la corriente eléctrica era el paso de cargas positivas desde el punto de mayor potencial al de menor potencial. En realidad es el paso de electrones o cargas negativas desde el punto de menor al de mayor potencial. Si aplicamos y mantenemos un campo eléctrico dentro de un conductor vemos que se establece un movimiento de cargas, debido a las fuerzas que se ejercen sobre ellas; este movimiento constituye una corriente eléctrica. Cuando un conductor que tiene abundantes cargas libres y se somete a la acción de un campo eléctrico, sus cargas se reagrupan dando origen a un movimiento de corta duración. Si queremos que circule una corriente permanente en un conductor se debe mantener continuamente un campo, es decir un gradiente de potencial dentro de él. Si el campo siempre tiene el mismo sentido, la corriente es continua, y si el campo se invierte periódicamente la corriente es alterna. Hay un cierto número de dispositivos eléctricos que tienen la propiedad de mantener un gradiente de potencial, es decir un campo eléctrico,a los que llamamos generadores. Así pues cuando conectamos un hilo conductor a un generador, se ponen en movimiento las cargas libres del interior del conductor, las negativas en el sentido opuesto al campo y las positivas en el mismo sentido del campo. L TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 2 Principios Generales de Electricidad Página 22 Figura 2.1 En la figura 2.1 anterior se representa una porción de conductor al que se le aplica un campo eléctrico, cuyo efecto es un movimiento de cargas. La sección intermedia es atravesada por cargas positivas y negativas en ambos sentidos. Podemos llamar q+ al total de carga positiva, y q- al de carga negativa que pasó por esa sección en un tiempo determinado t; resultando q = q+ + q- como el total de la carga que pasó por la sección. Llamamos intensidad de la corriente i a la carga que circula en una unidad de tiempo, por una sección recta de un conductor. I=Q/T [Amper] = [Culomb] / [Segundo] La unidad de intensidad es el ampere. Un ampere es la intensidad de la corriente, cuando transita un culomb de carga en un segundo. Se denomina fuerza electromotriz (fem) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado. Fuerza electromotriz = energía/Carga; fem= E/Q La unidad de fuerza electromotriz en el SI es el voltio [V]: 1 voltio = 1 julio / 1 culombio Joule demostró que cuando una corriente eléctrica circula por un conductor, se produce un calor que: Es proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente. Proporcional al tiempo que dura la corriente. Proporcional a la resistencia del conductor. En un circuito eléctrico hay combinación de elementos activos y pasivos, y no puede haber una corriente si no se mantiene una diferencia de potencial por los generadores. La intensidad de la corriente está regulada por la resistencia del circuito, es decir, por el choque de unos electrones con otros y con los átomos. Quien realizó un estudio sobre este fenómeno fue el físico Ohm, el cual estableció un postulado. + - - + + + E E TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 2 Principios Generales de Electricidad Página 23 La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son: Tensión o voltaje (E), en volt (V). Intensidad de la corriente (I), en ampere (A) o sus submúltiplos. Resistencia (R) de la carga o consumidor conectado al circuito en ohm (Ω), o sus múltiplos. Postulado general de la Ley de Ohm “El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene conectada.” Matemáticamente lo anterior se puede expresar de la siguiente forma: I=V/R 2.2 FUNDAMENTOS DE CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA CORRIENTE CONTINUA La corriente continua C.C. (abreviatura español) o D.C. (abreviatura inglés) se genera a partir de un flujo continuo de electrones (cargas negativas) siempre en el mismo sentido, el cual es desde el polo negativo de la fuente al polo positivo. Al desplazarse en este sentido los electrones, los huecos o ausencias de electrones (cargas positivas) lo hacen en sentido contrario, es decir, desde el polo positivo al negativo. Por convenio, se toma como corriente eléctrica al flujo de cargas positivas, aunque éste es a consecuencia del flujo de electrones, por tanto el sentido de la corriente eléctrica es del polo positivo de la fuente al polo negativo y contrario al flujo de electrones y siempre tiene el mismo signo. La corriente continua se caracteriza por su tensión, porque, al tener un flujo de electrones prefijado pero continuo en el tiempo, proporciona un valor fijo de ésta (de signo continuo), y en la gráfica V-t (tensión tiempo) se representa como una línea recta de valor V. + - Corriente Foco BATERIA V (v) t(s) 0.5 1.0 1.5 2.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 2 Principios Generales de Electricidad Página 24 CORRIENTE ALTERNA El principio de esta corriente también se basa en la inducción de una espira que gira a velocidad constante dentro de un campo magnético uniforme, dicho campo magnético es originado por un polo norte y un polo sur, como resultado del giro de la espira dentro del campo se induce una fuerza electromotriz. Si la posición de la espira es perpendicular a las líneas de campo magnético nos se induce fuerza electromotriz alguna. Una vez iniciado el movimiento, recordando que este es constante y en sentido positivo (manecillas del reloj), la espira comienza a cortar las líneas de campo provocando una fuerza electromotriz inducida. Si la posición inicial de la espira sin cortar el campo se le considera de 0° hasta llevarla a una posición en paralelo con las líneas de campo, ahora 90° a la derecha habrá provocado en terminales una fem. De esta manera se va generando una forma de onda senoidal característica da la corriente alterna. Cuando la espira gira de 90° a 180° la onda disminuye su amplitud hasta pasar por cero. I (A) tiempo (seg) N S ANILLOS DESLIZANTES Espira dentro de un campo magnético formado por dos polos norte y sur N S ANILLOS DESLIZANTES La espira gira de 0° a 90° 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 GIRA 90° TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 2 Principios Generales de Electricidad Página 25 De 180° a 270° se forma la parte negativa o el ciclo negativo de la onda. Cuando el giro completa 360° un ciclo completo de la onda ha concluido. N S ANILLOS DESLIZANTES La espira gira de 90° a 180° 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 GIRA 180° N S ANILLOS DESLIZANTES La espira gira de 180° a 270° 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 GIRA 270° N S ANILLOS DESLIZANTES La espira gira de 270° a 360° 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 GIRA 360° TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 2 Principios Generales de Electricidad Página 26 La tensión que se genera se alterna periódicamente, análogamente la corriente generada varia de la misma forma que la tensión. Un ciclo de esta onda termina en los 360°, la frecuencia es el número de ciclos por segundo y se expresa en Hertz, [Hz]. El periodo es el inverso de la frecuencia y esta dado en segundos T = 1/f [s] Otras características de esta forma de onda es su amplitud, una máxima y una mínima conocida como voltaje pico-pico y voltaje-pico, respectivamente. Para obtener el equivalente en corriente continua (Vrms) de este voltaje alterno se aplica la ecuación Vrms = 0.707 x Vp. La corriente alterna se representa como una curva u onda, que puede ser de diferentesformas (cuadrada, sinusoidal, triangular) pero siempre caracterizada por su amplitud, y período. En trifásica la relación entre las tensiones simples y compuestas depende de la conexión del sistema del que se trate, así en sistemas conectados en triángulo las tensiones simples y compuestas son iguales mientras que en sistemas conectados en estrella la tensión compuesta es VL =√3VF. Si la tensión simple es de 220V la compuesta es aproximadamente 380V, si la simple es de 125V, la compuesta es aproximadamente 220V. Así según las tensiones trifásicas del sistema 380/220V o 220/125V (anticuado) podemos encontrar aparatos que funcionan a 125, 220 y a 380V. Igualmente se pueden distinguir dos corrientes: • Intensidad de fase: es la que recorre una fase en un sistema trifásico, o sea, la fase de un alternador o la de una carga. • Intensidad de línea: es la que sale de los bornes del alternador y entra en los de una fase. Según como se conecte el alternador o la carga, las corrientes de fase y de línea pueden ser iguales o distintas. 2.3 CIRCUITO EN SERIE Un circuito está formado por dos o más elementos que se conectan mediante conductores perfectos. Los conductores perfectos son cables o alambres que permiten el flujo de corriente con cero resistencia (sin acumulación de carga o voltaje bajo a lo largo del cable, sin potencia o energía disipada). Dos elementos se dicen que están conectados en serie si en su parte de nodo común no tiene otras corrientes que entren a él. También las cadenas de elementos en serie pueden formarse en cualquier longitud. Del siguiente diagrama se observa que R1 y R2 están en serie debido a que ellos tienen un acceso único al nodo común; en forma similar R2 y R3 están en serie. 1.0 1 2 0.5 -0.5 3 4 -1.0 V(v) t(ms) Amplitud Periodo TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 2 Principios Generales de Electricidad Página 27 El primer paso en el análisis de éste o cualquier circuito es el asignar variables de corriente o voltaje, poniendo nombres y dirección de referencia a cada elemento. Puesto que todos los elementos en la malla están conectados en serie, llevan una corriente común la cual vamos a marcar como i y se asigna la dirección de referencia en sentido de las manecillas del reloj, aunque se puede asignar la referencia en sentido contrario. Por tanto para cada número de I, I(A) en sentido de las manecillas del reloj es el mismo como –I(A) en el sentido opuesto a las manecillas del reloj, los dos resultados necesitan ser idénticos. Observamos que las direcciones de referencia de voltajes escogidas tienen que satisfacer la convención de la señal pasiva en conjunto con la dirección con la dirección de referencia de la corriente escogida para su corriente común i. Esto nos permite utilizar la ley de Ohm para los resistores, aplicando la Ley de Voltaje de Kirchhoff (LVK): v = v1+v2+v3 Aplicando la ley de Ohm a cada término en el lado derecho de esta ecuación y multiplicándolos por el factor común i: v = (R1+R2+R3)i Después conociendo la función fuente v, podemos resolver la corriente i para la malla: i = v/ R1+R2+R3 Si Rn = R1+R2+R3 Sustituyendo se tiene que : v = Rni Si Rn es la suma de las tres resistencias de manera generalizada se puede concluir que para N resistencias conectadas en serie se tiene: N Rn = ∑ ri i=l CIRCUITO DE MALLA SIMPLE CIRCUITO EQUIVALENTE i v R R R i R 1 2 3 n v 1 v 2 v 3 + - - + + - + - v + - TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 2 Principios Generales de Electricidad Página 28 Una cadena de resistencias en serie es equivalente a una simple resistencia que es la suma de las resistencias en serie. 2.4 CIRCUITO EN PARALELO Dos elementos conectados en paralelo si forman una malla sin contener otros elementos. Por la LVK, elementos en paralelo tienen el mismo voltaje que pasa por ellos. Del siguiente diagrama se puede observar que el circuito con un solo par de nodos contienen tres resistencias y una fuente de corriente estando todos en paralelo, puesto que ningún par de los cuatro elementos forma una malla que contenga otros elementos. Nombramos al voltaje común de estos elementos como v y definimos las corrientes resistivas a satisfacer la convención de la señal pasiva con respecto a v. Aplicando la Ley de Corriente de Kirchhoff (LCK) a la parte superior del nodo se tiene: i = i1+i2+i3 Usando la ley de Ohm en la forma i=Gv para cada termino del lado derecho de la ecuación y multiplicando por el factor de voltaje común tenemos que: i = (G1+G2+G3)v donde cada conductancia Gi es la inversa de la resistencia correspondiente a Rp. Entonces conociendo la función fuente de corriente i, podemos resolver para v: v = i/ G1+G2+G3 Si Gp = 1/Rp = G1+G2+G3 Sustituyendo se tiene que: i = Gpv Si Gp es la suma de las tres conductancias de manera generalizada se puede concluir que para N resistencias conectadas en paralelo se tiene: N Gp = ∑ Gi i=l CIRCUITO CON UN SOLO PAR DE NODOS R1i + - R2 R3 i1 i 2 i 3 v CIRCUITO EQUIVALENTE Rpi + - v TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 2 Principios Generales de Electricidad Página 29 Una cadena de resistencias en paralelo es equivalente a una simple resistencia en donde su conductancia es la suma de las conductancias paralelas. Donde Rp=1/Gp y recordando que Ri=1/Gi para cada i, se tiene la siguiente ecuación en términos de las resistencias: N 1/Rp = ∑ 1/Ri i=l Una serie de resistencias en paralelo son equivalentes a una resistencia simple donde su valor es la inversa de la suma de las inversas de las resistencias en paralelo. Es decir: 1/Rp = 1/R1+1/R2 Rp = R1R2/R1+R2 La resistencia equivalente de dos resistencias en paralelo es el producto de sus resistencias divididos por la suma de sus resistencias, por último no se aplica de manera directa a la serie de más de dos resistencias en paralelo. 2.5 RELACIONES ENTRE CORRIENTE, TENSION, RESISTENCIA Y POTENCIA EN EL CIRCUITO La energía eléctrica que suministra la fuente a un circuito eléctrico depende de la cantidad de carga que le demande. Una carga capacitiva (compuesta por condensadores o capacitores) conectada a un circuito eléctrico de corriente alterna provoca el adelantamiento de la sinusoide de intensidad de la corriente con relación a la sinusoide de la tensión o voltaje. Esto produce un efecto de desfasaje entre ambas magnitudes eléctricas, pero ahora en sentido inverso al desfasaje que provocan las cargas inductivas. La potencia es la medida de la proporción de energía consumida por un dispositivo eléctrico cuando está en funcionamiento. En un circuito con carga resistiva de la ley de Joule P = I2 R y la ley de Ohm I = V/ R sustituyendo esta última en la primera tenemos que P = (V/R)2 R, finalmente esta expresión nos da la potencia en términos de la tensión aplicada y la resistencia P = V2/R Otra expresión es despejar a la resistencia de la Ley de Ohm y sustituirla en la de Joule, así se tiene que: P = I2 (V/I), quedando ahora la potenciaen términos de la tensión y la corriente: P = V I Cuyas unidades son Watts [W] Del mayor o menor retraso o adelanto que provoque un equipo eléctrico cualquiera en la corriente (I) que fluye por un circuito, en relación con el voltaje o tensión (V), así será el factor de potencia o cosφ que tenga dicho equipo. En un circuito eléctrico de corriente alterna se pueden llegar a encontrar tres tipos de potencias eléctricas diferentes: -Potencia activa (P) (resistiva) -Potencia reactiva (Q) (inductiva) -Potencia aparente (S) (total) TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 2 Principios Generales de Electricidad Página 30 Potencia activa o resistiva (P) Cuando conectamos una resistencia (R) o carga resistiva en un circuito de corriente alterna, el trabajo útil que genera dicha carga determinará la potencia activa que tendrá que proporcionar la fuente de fuerza electromotriz (fem). La potencia activa se representa por medio de la letra (P) y su unidad de medida es el watt (W). En corriente alterna, la potencia es igual al producto de los valores eficaces de tensión y de intensidad por un cierto factor, llamado factor de potencia. P = V I cosφ [W] En los dispositivos que poseen solamente carga resistiva, el factor de potencia es siempre igual a “1”, mientras que en los que poseen carga inductiva ese valor será siempre menor de “1”. Si el factor de potencia cosφ = 1 la potencia en el circuito queda como: P = V I Potencia reactiva (Q) Esta potencia la consumen los circuitos de corriente alterna que tienen conectadas cargas reactivas, como pueden ser motores, transformadores de voltaje y cualquier otro dispositivo similar que posea bobinas o enrollados. Esos dispositivos no sólo consumen la potencia activa que suministra la fuente de fem, sino también potencia reactiva. La potencia reactiva o inductiva no proporciona ningún tipo de trabajo útil, pero los dispositivos que poseen enrollados de alambre de cobre, requieren ese tipo de potencia para poder producir el campo magnético con el cual funcionan. La unidad de medida de la potencia reactiva es el volt-ampere reactivo (VAR). La fórmula matemática para hallar la potencia reactiva de un circuito eléctrico es la siguiente: Q = V I senφ Potencia aparente o total (S) La potencia aparente (S), llamada también "potencia total", es el resultado de la suma geométrica de las potencias activa y reactiva. Esta potencia es la que realmente suministra una planta eléctrica cuando se encuentra funcionando al vacío, es decir, sin ningún tipo de carga conectada, mientras que la potencia que consumen las cargas conectadas al circuito eléctrico es potencia activa (P). La potencia aparente se representa con la letra “S” y su unidad de medida es el volt- ampere (VA). La fórmula matemática para hallar el valor de este tipo de potencia es la siguiente: S = V I [VA] El factor de potencia, es la relación que existe entre la potencia activa y la potencia aparente, que coincide con el desfase entre la intensidad y la tensión. Debemos procurar que el factor de potencia sea igual a uno para obtener al mayor aprovechamiento de energía. Triangulo de Potencias. El triángulo de potencia es la representación gráfica de la relación entre las potencias activa, reactiva y aparente. El caso de una instalación donde predomina la conexión de motores eléctricos es un ejemplo representativo de una carga inductiva. Existen otras instalaciones en las cuales en conjunto hay un predominio de los condensadores; en este caso encontramos un ejemplo de una carga capacitiva. TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 2 Principios Generales de Electricidad Página 31 En la siguiente figura podemos ver un ejemplo de triángulo de potencias 22 QPS += Factor de potencia = P / S Factor de potencia = cosφ En los circuitos de resistencia activa, el factor de potencia siempre es “1”, porque como ya vimos anteriormente en ese caso no existe desfasaje entre la intensidad de la corriente y la tensión o voltaje. Pero en los circuitos inductivos, como ocurre con los motores, transformadores de voltaje y la mayoría de los dispositivos o aparatos que trabajan con algún tipo de enrollado o bobina, el valor del factor de potencia se muestra con una fracción decimal menor que “1” (como por ejemplo 0,8), lo que indica el retraso o desfasaje que produce la carga inductiva en la sinusoide correspondiente a la intensidad de la corriente con respecto a la sinusoide de la tensión o voltaje. Por tanto, un motor de corriente alterna con un factor de potencia o Cos = 0,95, por ejemplo, será mucho más eficiente que otro que posea un Cos = 0,85 . La potencia de un motor eléctrico o de cualquier otro dispositivo que contenga bobinas o enrollados se puede calcular empleando la siguiente fórmula matemática: ϕcosIVP ⋅= La corriente que circula por el circuito será [ ] ϕcosV WattsenPI = S = V I P = V I cosø Q = V I senø Triángulo de potencia en carga inductiva. Triángulo de potencia en carga capacitiva. P = V I cosø Q = V I senø S ( KV A) P (KW) Q (KVAR) Potencia reactiva Potencia activa Po ten cia ap are nte TESIS: REQUERIMIENTOS NORMATIVOS PARA UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE UN CONJUNTO HABITACIONAL BASADO EN LA NOM-001-SEDE-2005 Capítulo 3 Riesgos e Implicaciones de la Electricidad Página 32 CAPITULO 3 RIESGOS E IMPLICACIONES DE LA ELECTRICIDAD 3.1 NIVELES DE RESISITENCIA DEL CUERPO HUMANO a electrocución es principal riesgo que se encuentra al utilizar la electricidad, la posibilidad de que una corriente eléctrica pase a través del cuerpo humano está en función de aspectos relacionados al la naturaleza del cuerpo humano y de la misma electricidad, así cuando en un circuito cerrado y con potencial mayor a cero en dos puntos de este, el cuerpo humano interviene como conductor formando parte del circuito, corriente tendrá puntos de entrada y salida en el cuerpo. El riesgo de electrocución para las personas se puede definir como la "posibilidad de Los factores principales que determinan los efectos de la corriente eléctrica sobre el cuerpo humano son: Magnitud de la corriente Duración de la exposición Resistencia del cuerpo humano Trayectoria La mezcla de estos factores determina las consecuencias y efectos en las partes vitales del cuerpo humano. Dada la constitución de cuerpo humano 70% agua y 7% de sales aproximadamente, éste se puede convertir en un medio suficientemente apto para la conducción de la electricidad, pero con un cierto valor de resistencia la cual varía dependiendo de factores y condiciones fisiológicas y físicas de la persona. Entre estos factores que tienen injerencia relevante se encuentra la edad de la persona, su estatura y peso, pero un factor determinante con gran relevancia que altera los valores de resistencia del cuerpo humano de manera significativa, es el estado de humedad de la piel, se estima que la resistencia de la piel seca oscila en un rango de 100,000 a 300,000 [Ω/cm2] y que la resistencia de la piel húmeda puede llegar a ser de el 1% de este rango, es decir se encuentra entre 1,000 a 3,000 [Ω/cm2]. La tabla muestra un comparativo de valores de resistencias, para ubicar a la resistencia del cuerpo humano y dimensionar los riesgos que existen, en diferentes situaciones y condiciones. VALORES DE RESISTENCIA Metales 10 a 50 Ω Cuerpo Humano (cabeza mojada) 100 Ω Cuerpo Humano (mojado de mano a pie) 400 a 600 Ω Cuerpo Humano (piel mojada) 1,000 Ω Cuerpo Humano (piel seca) 100,000 a 600,000 Ω Madera (seca) 100,000,000 Ω Madera (mojada) 1,000 Ω Goma 100,000,000,000,000 Ω VALORES DE LA RESISTENCIA DEL CUERPO HUMANO PARA VARIAS CONDICIONES DE CONTACTO
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